[发明专利]一种氧化铈制备方法及其在STI化学机械抛光中的应用

说明书

本发明公开了一种氧化铈的制备方法及其在STI化学机械抛光中的应用，包括以下步骤：首先通过沉淀制备低晶态碳酸铈前驱体，进一步将低晶态碳酸铈前驱体转入高温水热条件下晶化得到晶态碳酸铈，进一步高温焙烧所制备碱式碳酸铈得到氧化铈粉体。在机械力作用下，该方法制得的氧化铈颗粒易分散于液相中。以该分散氧化铈为磨料的CMP抛光液，在STI抛光应用中显示出优良的平坦化抛光效率。

技术领域

本发明涉及一种氧化铈的制备方法及其在STI化学机械抛光领域的应用。

背景技术

纳米氧化铈因对二氧化硅具有选择性的高抛光活性，且在较低的固含量下即可达到高的抛光效果。故，其作为CMP磨料在浅沟槽隔离(STI)抛光工艺中得到了广泛的关注。而，以氧化铈为磨料的CMP抛光液在性能和成本上相比于传统的氧化硅或氧化铝材料，也具有更大的应用前景和市场优势。

相关研究表明，氧化铈磨料的颗粒特性对其抛光效果的影响至关重要。如有关文献报道，在STI抛光应用中，氧化铈颗粒尺寸、形貌特征对抛光过程中缺陷的产生和抛光速率选择比均有着重要影响。因此，如何制备颗粒尺寸、形貌特征适宜的氧化铈颗粒，是当今市场亟待解决的问题。

目前，关于氧化铈的合成方法报道较多(如专利200880011138.4，200880008484.7，201310495424.5，200510069987.3)，其中，常用的氧化铈合成方法为：通过利用在先合成的碳酸铈，进一步高温焙烧得到氧化铈粉体。已有的研究(如专利200880011138.4，200880008484.7)指出，在先合成的碳酸铈的性能对氧化铈的颗粒特性有着直接影响，通过控制碳酸铈前驱体的结晶度、颗粒尺寸和晶相结构，可有效调控对应氧化铈的颗粒大小、团聚强度和抛光活性。已报道的结晶态碳酸铈合成方法主要有直接高温水热法，或通过添加大量有机添加剂来促使反应生成的碳酸铈向六方相或斜方相晶形转变，但是，此类方法难以实现对所合成碳酸铈粒度、结晶性进行调控，且有机试剂的引入也不利于合成过程中产生的废水的处理和排放。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明公开了一种氧化铈制备方法，其实现了对氧化铈颗粒尺寸、颗粒形貌以及团聚强度和抛光强度的调控，该氧化铈颗粒易于分散且，以其为磨料的CMP抛光液，在STI抛光应用中显示出优良的平坦化抛光效率。

具体，本发明提供一种氧化铈制备方法，包括以下步骤：

首先，通过沉淀法制备低晶态碳酸铈前驱体；再经高温水热晶化得到结晶态碳酸铈；进一步高温焙烧所得晶态碳酸铈得到氧化铈。

其中，在所述低晶态碳酸铈前驱体合成过程中，反应物包含pH调节剂、沉淀剂和铈源。

其中，所述pH调节剂无特殊限制，为可溶性氢氧化物或可溶性酸；所述沉淀剂为含有碳酸根或碳酸氢根的可溶性盐；所述铈源为可溶性铈盐。

其中，所述可溶性氢氧化物可以为氨水、有机碱或其它碱金属氢氧化物；可溶性酸可以为硝酸、盐酸等；碳酸根或碳酸氢根的可溶性盐无特殊限制，可以为碳酸铵、碳酸氢铵及碱金属碳酸盐类化合物；铈源化合物可以为硝酸铈、氯化铈、醋酸铈中一种或多种。

其中，所述低晶态碳酸铈前驱体的合成按如下操作流程进行：首先分别配制设定浓度的铈源和沉淀剂溶液，在设定温度条件下，将配制好的铈源直接加入沉淀剂，保持高速搅拌0.5-1.0小时后，将反应体系转入高温高压水热条件下结晶，得到晶态碳酸铈；铈源(以铈离子计)的摩尔浓度为0.05M～1.0M；在所述碳酸铈的合成反应过程中，铈源(以铈离子计)与沉淀剂(以碳酸根或碳酸氢根离子计)的摩尔比为1：1.5～1：4.0；沉淀反应温度范围为30℃-60℃，沉淀反应pH控制在6.5-10.0；水热反应温度为100℃-150℃，水热晶化时间为0.5-5.0小时；反应结束后，沉淀物经纯水洗涤3次后，烘干，产物即为晶态碳酸铈。

其中，所述晶态碳酸铈可以为六方相或斜方相碱式碳酸铈，也可以为六方相与斜方相混合相的碱式碳酸铈，